Параметры циклического нагружения

Циклическое нагружение может быть стационарным, при этом значения максимумов и минимумов не меняются от цикла к циклу (рис. 10.1, а), или нестационарным, тогда они могут изменяться произвольным образом (рис. 10.1, б). Эксплуатационное нагружение элементов конструкций все­гда нестационарно. Стационарное циклическое нагруже­ние характеризуется двумя параметрами, обычно это а_тах и коэффициент асимметрии цикла . Цикл, соот­ветствующий , называют симметричным,a — отнулевым циклом растяжения. Циклу отнулевого сжатия соответствует , a и , если же

Нестационарное нагружение реальной конструкции пред­ставляет собой случайный процесс и описывается в терминах теории вероятности. Для исследования и моделирова-

Рис. 10.1. Схемы процессов циклического нагружения: a— ста­ционарного; б — нестационарного; в — блочного

ния усталости конструкций используют упрощенную схе­му изменения напряжений, называемую блочным нагружением (рис. 10.1, в). Такое нагружение представляет собой ряд повторяющихся блоков 1, каждый из которых включает несколько ступеней 2, состоящих из z_tодинако­вых циклов. Структура блока описывается количеством ступеней и их параметрами .

Частота изменения напряжений в диапазоне Гц при больших долговечностях мало влияет на со­противление усталости конструкций, поэтому в инженер­ных расчетах не фигурирует.

Усталостная кривая

Зависимость долговечности детали или узла конструк­ции от уровня напряжений при стационарном цикличе­ском нагружении называют усталостной кривой (или кри­вой Вёллера). Она строится в координатах —N,т. е. мак­симальное напряжение цикла — количество циклов на­гружения до образования усталостной макротрещины. Усталостную кривую для какого-либо узла конструкции можно построить по результатам испытания серии одина­ковых образцов, моделирующих этот узел (п. 10.1.4), или по нормативным и справочным данным. На рис. 10.2 по­казаны результаты испытания одной серии образцов в ли­нейных и логарифмических координатах. Как видно из

сравнения графиков, лога­рифмические координаты нагляднее.

Полную усталостную кривую в логарифмиче­ских координатах можно схематизировать ломаной линией, состоящей из трех участков (рис. 10.3). ТочкаА графика соответству­ет разрушению при одно­кратном нагружении при напряжении, равном временному сопротивлению . Точка В характеризует переход от квазистатического разрушения к малоцикловому. Она имеет координаты циклов. Далее идет основной наклон­ный участок (ВС) усталостной кривой, который продол­жается до точкиС с координатами циклов. Ординату называют пределом неограничен­ной выносливости — это такое максимальное по абсолютному значению напряжение цикла, при котором усталост­ное разрушение не возникает при сколь угодно большом числе циклов нагружения. Индексы в этом обозначении показывают, что предел выносливости определен при ко­эффициенте асимметрии цикла Rдля образца, детали или элемента конструкции, содержащего какой-либо концент­ратор напряжений (К). Предел выносливости, например при симметричном цикле (при R= -1), обозначают Предел выносливости образца без концентраторов (глад­кий лист с прокатной поверхностью) обозначают . Правее точкиС усталостная кривая переходит в горизонтальный участок.

Максимальное напряжение цикла , которому на уста­лостной кривой соответствует некоторое произвольное ко­личество циклов до разрушения (точка D), называют пределом ограниченной выносливости на базе Nи обозначают Для сокращения длительности усталостных испытаний их обычно проводят на базе циклов. Значение предела ограниченной выносливости на базе N₀циклов, который обозначают a_RK,явля­ется нормативным в расчетах на сопротивление устало­сти, а значение на базе циклов получают путем экстраполяции.

Участок ВС усталостной кривой описывают уравнением , или, используя для определения «const» ко­ординаты точкиЕ, получим

(10.1)

Здесь а и N— координаты произвольной точки на участке ВС; т — показатель степени усталостной кривой, харак­теризующий наклон участка ВС,